VOCs廢氣燃燒過(guò)程溫升和爆炸下限
燃燒技術(shù)是當(dāng)下處理VOCs的主流技術(shù)，其中包含催化燃燒、熱力燃燒、蓄熱催化燃燒、蓄熱熱力燃燒、濃縮催化燃燒等。燃燒技術(shù)的基理是VOCs在高溫下發(fā)生氧化反應(yīng)，氧化反應(yīng)的本質(zhì)就是燃燒反應(yīng)，是一種放熱反應(yīng)，VOCs在燃燒過(guò)程的放熱量與VOCs的種類(lèi)和濃度有關(guān)。
因而，從安全方面考慮，VOCs燃燒的安全使用濃度顯得尤為重要。了解VOCs燃燒過(guò)程的溫升和可燃?xì)怏w爆炸下限，有利于提高RTO、RCO設(shè)備技術(shù)的安全性能。
可燃?xì)怏w在空氣中遇明火火種爆炸的最低濃度，稱(chēng)之為爆炸下限，亦稱(chēng)燃燒下限，英文名稱(chēng)Lower Explosion Limited，即%LEL。空氣中可燃?xì)怏w濃度達(dá)到其爆炸下限值時(shí)，這個(gè)場(chǎng)所可燃?xì)猸h(huán)境爆炸危險(xiǎn)度就達(dá)到了百分之百，即100％LEL；如果可燃?xì)怏w含量只達(dá)到其爆炸下限的百分之十，那這個(gè)場(chǎng)所此時(shí)的可燃?xì)猸h(huán)境爆炸危險(xiǎn)度為10％LEL。 下表是常見(jiàn)VOCs在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下爆炸下限值。為了確保VOCs處理設(shè)備的安全運(yùn)行，VOCs廢氣的濃度必須控制在對(duì)應(yīng)有機(jī)物爆炸極限的25%以下。
為什么要控制在25%LEL以下呢？首先，可燃?xì)怏w的爆炸下限濃度與可燃?xì)怏w的初始溫度有關(guān)：以正己烷為例，下圖是溫度對(duì)于正己烷爆炸下限濃度的影響（姚潔等，工業(yè)安全與環(huán)保，2012，38（2）：48），可見(jiàn)當(dāng)可燃?xì)怏w初始溫度提高，相應(yīng)爆炸下限濃度下降。
當(dāng)氣體溫度達(dá)到600K（327°C）時(shí)，爆炸下限濃度達(dá)到室溫的75%，所以提高溫度會(huì)導(dǎo)致爆炸下限濃度明顯下降。而且實(shí)際工況中大多數(shù)是混合VOCs，混合VOCs的爆炸下限濃度具有不確定性。所以，實(shí)際操作中要控制在LEL濃度的25%內(nèi)。
什么是絕熱溫升？絕熱溫升指放熱反應(yīng)物完全轉(zhuǎn)化時(shí)所放出的熱量可以使物料升高的溫度。其表達(dá)式為：
式中分子為反應(yīng)熱（J/mol）與物料摩爾濃度(mol/L)的乘積；分母為物料平均密度(kg/L)與物料平均比熱容(J/kg*K)的乘積。
VOCs的燃燒過(guò)程是強(qiáng)放熱反應(yīng)，因放熱使得氣體溫度的升高。下表是幾種常見(jiàn)VOCs濃度1000mg/m3時(shí)完全燃燒的絕熱溫升。
如果采用催化燃燒技術(shù)處理VOCs，在設(shè)備和催化正常的情況下，催化反應(yīng)前后氣體溫度的變化（溫升）則反映了VOCs的濃度變化。如1000mg/m3甲苯完全燃燒的絕熱溫升為31.95°C，如在實(shí)際使用過(guò)程中，溫升達(dá)到320°C，那就說(shuō)明甲苯濃度大約達(dá)到了10000mg/m3，此時(shí)已經(jīng)非常接近甲苯的25%LEL值，已經(jīng)是非常不安全了，必須及時(shí)降低甲苯濃度。
在活性炭濃縮-催化燃燒系統(tǒng)中，在活性炭脫附過(guò)程，可以通過(guò)VOCs催化劑床層的溫升，來(lái)檢測(cè)VOCs濃度的變化，很多可燃?xì)怏w濃度報(bào)警器就是利用這一原理。
1、處理裝置設(shè)計(jì)和采用的電器元件必須按照規(guī)范要求符合防爆等級(jí) 2、設(shè)備布置要滿(mǎn)足安全距離的要求 3、與氣體接觸的自動(dòng)控制閥必須使用氣動(dòng)閥 4、必須選用防爆風(fēng)機(jī) 5、在所有處理系統(tǒng)中必須在適當(dāng)位置安裝符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的阻火器 6、在處理裝置中的敏感部位（超溫、超壓等）要按照規(guī)范設(shè)置報(bào)警裝置及應(yīng)急處理措施 7、為確保運(yùn)行安全，必要時(shí)可采用連鎖設(shè)計(jì) 8、要考慮現(xiàn)場(chǎng)整體的安全、環(huán)境應(yīng)急預(yù)案